SPRAWOZDANIE 2 Monika Zając
Barbara Zamojska
�� twardość wody
WIŚ, BUDOWNICTWO, GRUPA 5C
�� agresywny dwutlenek węgla
26.10.2011r.
�� oznaczenia siarczanów
1a. TWARDOŚĆ WODY
Twardość wody powodują rozpuszczone w niej sole wapnia, magnezu i metali wielowartościowych. Rozróżnia
się następujące rodzaje twardości wody:
�� twardość węglanowa (Tww)
�� twardość niewęglanowa zwana stałą (TwNW)
�� twardość ogólna lub całkowita (Two)
Twardość węglanowa (TwW) Twardość niewęglanowa (TwNW) Twardość ogólna (Two)
zwana też przemijającą spowodowana jest zawartością w wodzie
spowodowana jest obecnością chlorków, azotanów, siarczanów, krzemianów jest sumą twardości
kwaśnych węglanów wapnia i i innych rozpuszczalnych soli wapnia i magnezu. węglanowej i
magnezu. Twardość tę można niewęglanowej:
usunąć przez zagotowanie wody. twardość wapniowa (TwCa)
(Two) = (Tww) + (TwNW)
Ca(HCO3)2-->CaCO3 + H2O + CO2
twardość magnezowa (TwMg)
Mg(HCO3) -->MgCO3 + H2O + CO2
Twardość wody wyraża się w następujących jednostkach:
�� 1 mval/dm3  2,8ć%tw �� 1 mval/dm3- 20 mg Ca2+/dm3
�� 1 mval/dm3 - 50 mg CaCO3/dm3 �� 1 mval/dm3  12 mg Mg2+/dm3
Twardość wód naturalnych, w zależności od ich pochodzenia, zawiera się w granicach od 8 do 30ć%tw. Typowa
twardość wody użytkowej (kranowej) wynosi ok. 10 �n. Twardość wody pitnej wg norm polskich powinna
wynosić 60 500 mg CaCO3/dm3
Nadmierna twardość wody jest zjawiskiem niepożądanym zarówno w procesach przemysłowych (kotły parowe,
układy chłodnicze, przemysł włókienniczy), jak i dla celów konsumpcyjnych. Podczas ogrzewania na ściankach
garnków, kotłów itp. powstaje kamień kotłowy, który pogarsza przewodnictwo cieplne, co w konsekwencji
powoduje straty energetyczne, jak również może być przyczyną poważnych awarii.
W gospodarstwie domowym nadmierna twardość wody powoduje większe zużycie środków piorących. W tym
wypadku jony wapnia i magnezu wiążą się z resztą kwasu tłuszczowego i wytrącają się w postaci trudno
rozpuszczalnych soli wyższych kwasów tłuszczowych.
2(C15H31COO-) + Ca2+ --> (C15H31COO)2Ca (osad)
Skąd bierze się twardośc wody? Sole wodorowęglanowe wapnia i magnezu dostają się do wody w wyniku
kontaktu rozpuszczonego w niej CO2 z glebą i skałami mającymi w skłądzie wapienie i magnezyty. Trudno
rozpuszczalne w wodzie wapienie i magnezyty zostają przekształcone w dobrze rozpuszczalne w wodzie
wodorowęglany wapnia i magnezu (chemicznym wietrzeniem wapieni). Reakcje wyglądają następująco:
CaCO3 + CO2 + H2O <-> Ca(HCO3)2
MgCO3 + CO2 + H2O <-> Mg(HCO3)2
1b. Przebieg ćwiczenia
Badanie twardości ogólnej (To) przebiega następująco:
1. Odmierzamy pipetą 100 cm3 badanej wody i przelewamy ją do kolby stożkowej.
2. Dodajemy taką objętość 0,1n HCl z biurety, jaką użyto do wcześniej wykonanego oznaczenia
zasadowości tej próbki (tu 1,9ml).
3. Dodajemy 1 cm3 buforu amoniakalnego oraz odrobinę czerni eriochromowej do uzyskania barwy
różowo-fioletowej i mieszamy.
4. Miareczkujemy standardowym roztworem wersenianu sodu do zmiany barwy na niebieską.
Odczytujemy objętość wersenianu zużytego do miareczkowania próbki.
5. Miareczkowanie powtarzamy jeszcze 2-krotnie, a jako wynik przyjmujemy średnią wartość objętości
zużytego wersenianu.
TW. OGÓLNA 5,4ml 5,1ml 5,3ml
TW. WAPNIOWA 4,1ml 4,2ml 4,3ml
1c. Obliczanie wyników:
TwW = zasadowość
" "
1,9 " 0,1 " 1000 mval
= [ ]
= = 1,9 [ ]

100 dm
Twardość niewęglanową (TwNW) obliczamy ze wzoru: TwNW = Two  Tw
[ ]
Twardość ogólną (Two) obliczamy ze wzoru: Two = " , " �

a  ilość cm3 roztworu wersenianu sodu zużytego do zmiareczkowania próbki,
V - objętość badanej próbki, użytej do oznaczenia (cm3).
Two = x = , " , " = = 5,27 [�tw] TwCa = y = , " , " = = 4,2 [�tw]


Two = x = , " , " = H" 1,88 [mval/dm ] TwCa = y = , " , " = = 1,5 [mval/dm ]
" , " ,
, "
Two = x  = , " , " " 50 = H" TwCa = y  = , " " 50 =
" , " ,
H" 94,11 [mg CaCO /dm ] = 75 [mg Ca /dm ]
[mval/dm ] [�tw] [mg CaCO /dm ]
Two 1,88 5,27 94,11
TwCa 1,5 4,2 75 30 [mg Ca /dm ]
TwMg 0,4 1,1 19,1 4,8 [mg Mg /dm ]
Tww 1,9 5,32 95
TwNW 0 (bo ujemne) 0 0
Ujemne wartości twardości stałej (TwNW) wskazują iż najprawdopodobniej miareczkowanie zostało wykonane
mało dokładnie. Spowodowane to może być m.in. poprzez dość umowną granicę zmiany barwy roztworu (przy
różnej wartości zużycia HCL lub wersenianu sodowego podczas procesu miareczkowania).
2a. AGRESYWNY DWUTLENEK W
GLA
Dwutlenek węgla może występować w wodzie pod różnymi postaciami:
Część rozpuszczonego w wodzie gazowego dwutlenku węgla przekraczająca stężenie CO2 nieodzowne
dla utrzymania się w stanie rozpuszczonym występujących w wodzie wodorowęglanów. Agresywny
dwutlenek węgla wykazuje działanie agresywne w stosunku do ośrodka skalnego, betonu i metali.
Obecność dwutlenku węgla w wodach naturalnych stwarza poważne problemy gospodarcze i
techniczne ze względu na powodowanie korozji urządzeń metalowych i betonowych. Zasada
oznaczenia polega na reakcji agresywnego dwutlenku węgla
z dodanym do wody marmurem (CaCO3). Tworzy się rozpuszczalny wodorowęglan wapniowy, który
powoduje wzrost zasadowości wody.
Oznaczanie agresywnego dwutlenku węgla wykonuje się w próbie z marmurem, gdyz agresywny
dwutlenek węgla reaguje z marmurem w myśl równania:
CO2 + CaCO3 + H2O = Ca(HCO3)2
Powstaje wówczas rozpuszczalny wodorowęglan wapniowy Ca(HCO3)2, który powoduje przyrost
zasadowości wody.
2b. Przebieg ćwiczenia
Oznaczanie agresywnego dwutlenku węgla polega na określeniu o ile wzrosła zasadowość wody, do
której dodano marmur, w stosunku do zasadowości pierwotnej (bez marmuru).
CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2
RÓWNANIE ROWNOWAGI CHEMICZNEJ
2HCO3 �!CO32- + CO2 + H2O
[ Ca2+ + 2HCO3- �! CaCO3 + CO2 + H2O ]

K = [ [ ]
][ ][ ]

Kr = [ ]
[ ]
I: Woda naturalna jest w równowadze węglanowo  wapniowej:
wolny CO2 = przynależny CO2, a agresywny = 0.
II: zawartość wolnego CO2>przynależnego CO2 => wolny CO2 przynależny CO2=agresywny CO2
III: zawartość wolnego CO2 < przynależnego CO2
Wykonanie ćwiczenia:
�� W badanej cieczy oznaczamy zasadowość M (wobec ORANŻU METYLOWEGO).
�� Do butelki o pojemności 125 cm3 z nasypanym wcześniej CaCO3
( marmurkiem ) wlewamy do pełna badaną ciecz tak, aby po zamknięciu butelki
korkiem szklanym, nie znajdował się w niej pęcherzyk powietrza.
�� Podpisaną butelkę odstawiamy na 7 dni. Po 7 dniach zawartość butelki przesączamy przez
odpowiedni sączek.
�� Odmierzamy 100 cm3 przesączu do kolby stożkowej. Dodajemy 3 krople ORANŻU
METYLOWEGO i miareczkujemy 0,1n KWASEM
SOLNYM (HCl) do pierwszej zmiany zabarwienia z żółtej na łososiową.
�� Odczytujemy objętość HCl zużytego do zmiareczkowania próbki.
2c. Obliczanie wyników:
= ( )" , " [mgCO2/ dm3]

gdzie:
X  stężenie agresywnego dwutlenku węgla,
a  objętość 0,1n HCl zużytego do oznaczenia zasadowości na początku oznaczenia
(pierwszego dnia),
b - objętość 0,1n HCl zużytego do oznaczenia zasadowości po 7 dniach,
V- objętość badanej próbki, użytej do miareczkowania (cm3)
= , , " , " mgCO2/ dm3 = 13,2 mgCO2/ dm3

UWAGA!
Metoda ta daje dobre wyniki, gdy zasadowość wody wynosi powyżej 1mval/dm3. Gdy SA niższe
zasadowości, otrzymuje się wyniki zbyt wysokie, gdyż rozpuszczalność węglanu wapniowego w
wodzie destylowanej, wolnej od dwutlenku węgla, wynosi około 14mg/dm3, co odpowiada 6,8
mg/dm3 agresywnego CO2.
3a. OZNACZENIA SIARCZANÓW
Siarczany, czyli sole kwasu siarkowego występują w wodach naturalnych od kilku do kilku tysięcy
miligramów/dm3. Są anionem powszechnie występującym w wodach. Siarczany dostają się do wody
na skutek wymywania skał osadowych, w skład, których wchodzi gips(CaSO4*2H2O), wyługowania
gleby oraz niekiedy podczas utleniania siarczków metali ciężkich powstają siarczany tych metali i
kwas siarkowy według następujących reakcji:
PbS+2O2 =PbSO4
2FeS4+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4
Tworzący się przy tym kwas siarkowy reaguje następnie z otaczającym złożem, głównie z CaCO3, dając
gips i dwutlenek węgla.
Wody powierzchniowe mogą być zanieczyszczone ściekami miejskimi lub przemysłowymi
zawierającymi siarczany z produkcji kwasu siarkowego, nawozów fosforowych, farbiarni, fabryk
akumulatorów, produkcji materiałów wybuchowych, przemysłu metalowego. Ponadto z
ródłem
siarczanów mogą być wody kopalniane, w których siarczany występują w dużych ilościach. Zawartość
jonu siarczanowego w silnie mineralizowanych wodach kopalnianych może wynosić do kilkudziesięciu
gramów w 1 dm3, szczególnie, gdy w wodzie znajduje się dobrze rozpuszczalny siarczan sodowy.
Zawartość siarczanów w wodach rzek i jezior wynosi 10-60 g/m3, w płytkich wodach
podziemnych100g/m3 i więcej. W wodach wgłębnych, z
ródlanych lub kopalnianych do 24 kg/m3 (w
wodzie morskiej 2,7 kg/m3).
Wody naturalne pozbawione siarczanów spotyka się rzadko, są to głównie wody charakterystyczne
dla złóż ropy naftowej, w których zachodzi biochemiczna redukcja siarczanów do siarkowodoru.
Obecność CaSO4 i MgSO4 nadaje wodzie twardość niewęglanową. Toksyczność siarczanów zależy od
rodzaju kationów. Dopuszczalna ilość siarczanów w wodzie do picia nie większa niż 250 mg/dm3.
Wody o stężeniu siarczanów większym niż 250mg/dm3SO42-są korozyjne w stosunku do betonu i
konstrukcji żelbetonowych(korozja siarczanowa).
3b. Wykonanie oznaczenia:
Numer użytej do doświadczenia wody: 3
1. Do kolby stożkowej odmierzamy 100 ml badanej cieczy.
2. Dodajemy:
-3 krople oranżu metylowego
-kwas solny aż do zmiany zabarwienia na różowy i dodatkowo 3 cm3(jako nadmiar)
3. Otrzymany roztwór doprowadzić do wrzenia w płaszczu grzewczym.
4. Podczas wrzenia roztworu dodać kroplami 5cm3 chlorku barowego(BaCl2),po czym ogrzewać
go na łaz
ni wodnej przez 30 minut.
5. Następnie przesączyć próbę na gorąco przez twardy, bezpopiołowy, sączek i przemyć gorącą
wodą destylowaną do zaniku reakcji na obecność jonów chlorkowych (Cl-) w przesączu.
6. Sączek z osadem umieścić w porcelanowym tyglu. Sączek suszymy, a następnie prażymy 8000C.
Po wystudzeniu ważymy tygiel.
3c. Obliczanie zawartości siarczanów:
a �� 0,4114 ��1000
2-�
X =� mg / dm3 SO4
V
a  masa zważonego osadu [mg], 0,4114  współczynnik przeliczeniowy BaSO4 na SO42-
V  objętość próbki wody użytej do oznaczenia [ml]